JP5215550B2 - インクジェット用紫外線転写定着工程および装置 - Google Patents

Description

本開示は、インクジェット印刷装置と、受像体から紙などの記録媒体に、画像層を転写し定着する方法とに関し、特に、受像体上に紫外線硬化性画像を形成し、形成された画像を受像体から記録媒体に転写する方法に関する。

白黒、単色、または複色の画像を現像するために、画像化処理が行われる。複色の場合の画像化は、画像全体を形成してから行ってもよいし、または画像を段階別に形成して行うこともできる。画像全体を形成してから行う場合は、複色の画像全体を受像体に形成した後で、１つの工程段階により、記録媒体に転写するものである。段階別に形成する画像では、そのカラー画像を、画像記録物上に個別に形成し、色ごとに画像記録媒体に転写する。

トナーは、一般的に非晶質または半結晶性の物質であり、融解温度の範囲が広い。記録媒体は、着色された画像（ｔｏｎｅｄ ｉｍａｇｅ）層と接触し、この着色された画像は、記録媒体と接触している状態で照射され、放射線硬化性物質が硬化する。その結果生じた硬化した物質は、受像体に対してよりも、トナー物質および記録媒体に対して粘着する力がより強いことが開示されている。この方法では、受像体は、誘電性の物質から作られており、従来の電子写真またはイオノグラフィにおける均一な帯電を容易にする。

米国特許第４，０５６，４５３号明細書 米国特許第４，０２６，９４９号明細書 米国特許第３，８０４，７３６号明細書 米国特許第３，８０３，１０９号明細書

本発明の一つの側面によれば、インクジェット印刷装置であって、受像体と、インクを噴射することで、トナーを使用しない画像層を前記受像体の画像層領域に形成するように構成されている画像生成部であり、前記インクが少なくとも第一波長の紫外線にさらされると硬化する物質を含む画像生成部と、前記トナーを使用しない画像層領域に少なくとも前記第一波長の紫外線を照射し、ここに噴射された紫外線硬化性物質を少なくとも部分的に硬化する紫外線供給装置と、記録媒体と前記受像体上に形成された前記トナーを使用しない画像層とのニップを、前記トナーを使用しない画像層を前記記録媒体に転写するのに十分な圧力を用いて形成する接触点接触部位を提供するように構成された記録媒体取扱装置と、を含むインクジェット印刷装置であって、前記紫外線供給装置と前記画像層の間に、前記受像体または紫外線供給装置用ハウジングのどちらかが設けられているインクジェット印刷装置が提供される。

次に、例として示した図１の実施形態において、インクジェット印刷装置１には、１つまたは複数の画像生成部１０がプリントヘッドの形態で設けられている。この実施形態では、プリントヘッド１０は、１つまたは複数のインク組成物を噴射または他の方法で吐出し、画像層を形成するように構成されている。ホットメルト型または相変化型インク組成物は、一般的に結晶性であって、融点が明確であり、通常の融解温度における粘性はトナーより低い。プリントヘッド１０は、後述のとおり、受像体２０上または記録媒体３０上のどちらかに画像層を形成するために設けられている。

標準的なインクジェット印刷装置は、一般的にプリントヘッドが１つであり、そのプリントヘッド１０は、受像体２０上を複数回通過してインク噴射する間に、インク滴を吐出し、画像層を形成する。このようなインタレース技術が印刷業界で知られている。または、複数のプリンタヘッド１０を使用して、受像体２０上または記録媒体３０上への１回の通過により、インクを噴射することも可能である。

現在の印刷装置において、相変化型インク組成物を使用することが考えられる。相変化インク組成物とは、固形のインク組成物であるが、液体に変化して噴射および画像層の形成を容易にし、固形に戻る組成物である。このようなインクは、ここでは非帯電であることを想定している。つまりインクは、インク配置の位置決めに静電帯電またはイオノグラフィック帯電を必要とせずに、受像体２０上または記録媒体３０上に液滴状に噴射される。画像生成部１０で使用可能な少なくとも１つのインクは、紫外線照射時に硬化性を持つ物質を含む。インク組成物および典型的な物質に関して、下記に詳しく論じる。

本印刷装置は、多くのタイプの記録媒体３０、例えば様々な原料やサイズの紙、ＯＨＰフィルム、および他の材質上に印刷した画像を生成することができる。

一般的に記録媒体フィーダ（図示せず）が備えられ、記録媒体３０を必要や要求に応じて動かし、画像層をその上に形成／転写するように、媒体を配置する。

本実施形態の受像体２０は、ローラ４０，６０の周りをＤ方向に移動するベルトであるが、代わりに、ウェブ、ドラム、版、またはシートでもよい。受像体２０は、画像生成部１０によりその上に画像層を形成できるように配置されている。画像生成部１０は、１つまたは複数のプリンタヘッド、インク滴吐出装置、または画像層を生成する他の手段でもよい。

画像層を形成するために用いられるインク組成物に、放射線硬化性物質が加えられている。このため、本実施形態における受像体２０の素材は、画像層内の放射線硬化性物質を硬化する特定された紫外線の波長に対して、実質的に透過性（ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ）である。

図１の受像体２０ベルトは、インクで形成された画像層を受け取り、更に、画像層を記録媒体３０に効率的に転写させるように構成されることが好ましい。このため、受像体２０の表面は、画像生成部１０で使用されるインク組成物が付着できるように、少々ざらざらしていることが好ましい。しかしながら、受像体２０の表面が過剰にざらざらしていると、受像体２０から記録媒体３０への画像層の効果的な転写を妨げることになるであろう。受像体２０の表面の粗さは、印刷装置で使用される特定のインク組成物および記録媒体３０に合わせて最適化することができる。

第１実施形態を説明するにあたり、形成された画像の移動行程を印刷経路として見ることは有益である。この印刷経路は、受像体２０または記録媒体３０により定義することもできるが、必ずしもそうではない。むしろ、印刷経路は、図１に記載の実施形態において、受像体２０から記録媒体３０まで、インクで形成された画像層自体が移動するにともない、画像自体が定義するものである。

図示した例では、本実施形態の受像体２０ベルトは、テンションローラ４０，４２，６０の周りを矢印で示した方向に移動している。別の実施形態では、受像体２０ベルトの移動には、様々な他の手段を用いることが可能である。例えば、ドラムを使用した代替実施形態において、ローラ、ギア、駆動ベルト、または他の手段によって、ドラムを回転できることは明白であろう。

図１〜３に記載の実施形態について続けると、ニップ４４は、印刷経路において受像体２０が画像層に接触し、画像層を記録媒体３０に転写する部分である。バッキングローラ４２と受像体２０によりニップ４４が定義される。バッキングローラ４２は、受像体２０に対して、特定の圧力により押圧することができる。

画像層は、画像生成部１０により形成されると、次に受像体２０ベルト上で運ばれ、記録媒体３０がニップの方向に移動される。受像体上の画像層がニップ部分で記録媒体に接触すると、画像層は受像体から記録媒体に転写される。

印刷経路の１箇所または複数の箇所で、画像層を紫外線照射源５０からの照射にさらすことができる。紫外線の強度と特定の波長により、少なくとも部分的に放射線硬化性物質を硬化させることができ、この硬化により、照射にさらされた画像層のインクの粘性が上がる。紫外線の強度および単数または複数の特定の周波数は、画像層の厚さ、材質、放射線硬化性物質の特性、および他の要因により決定できる。

本実施形態において、このように紫外線照射源５０は、画像層が記録媒体３０と接触している間に、受像体２０を介して画像層に照射するように配置される。照射源５０は、受像体２０が記録媒体３０と接触している部分の後ろに配置されている。記録媒体３０は、バッキングロール４２により受像体２０に押圧されている。

別の実施形態では、記録媒体が紫外線に透過性である場合に、紫外線照射源５０をバッキングローラ４２（図２）の内部に配置することも可能である。または、図１の受像体ベルト２０の代わりに、受像体としてドラムを使用した場合は、紫外線照射源５０をドラム２０（図示せず）の内部に配置することもできる。

次に図４において、別の実施形態における受像体２０の構成を示す。この受像体２０には、中央画像領域２４を囲む周辺領域２２が設けられている。画像領域２４は、紫外線の少なくとも特定の波長に対して、実質的に透過性である。この構造における受像体２０ベルトでは、この２２の端部（例えば、紫外線不透過性の素材により得られる）によって、構成的に有利な剛性または機械的特性を備え、また、実質的に紫外線透過性である画像領域２４を保持する。あるいは、画像層が受像体２０上に位置し、かつ、記録媒体３０に接触する前に、少なくとも部分的に画像層を硬化させるように、受像体２０の画像層が位置する領域２４に照射するような向きに、紫外線照射源５０を配置することもできる。

第１実施形態の装置１は、画像層が記録媒体３０に接触するのと実質的に同時に、紫外線硬化性物質が紫外線にさらされるように設けられた紫外線照射源５０を含む。受像体２０の紫外線透過性部分は、紫外線を通し、画像層内の紫外線硬化性物質に紫外線を作用させる。紫外線硬化性物質は、硬化性放射線にさらされると、少なくとも部分的に、または完全に固まり、記録媒体３０に画像層を定着させる。

必要な場合は、紫外線の焦点を合わせ、受像体２０上または記録媒体３０上の１つまたは複数の所定の部分に照射することもできる。紫外線装置を、１つの紫外線照射源に透過的に接続された複数の紫外線照射により構成できることは明白であろう。このような装置においては、光ファイバと、反射と、または他とを含む複数の手段により、紫外線を紫外線照射源から複数の紫外線照射器に伝える。

記録媒体と接触する前に画像層に照射することによって、画像層のインクは、少なくとも部分的に、転写の前に硬化される。このように、少なくとも部分的に画像層を硬化させることで、画像層の粘性を調整できる。つまり、粘性が低いインク組成物は、そのまま噴射に使用し、その後、インクに紫外線を照射し、画像層のインクの粘性を高めることができる。インクの粘性が高いほど、画像層における組成物の位置を安定させるので、画像層のインクが流れたり、混ざることによる印刷品質の低下を防止することができる。

低粘性のインク組成物を使用する場合は、インク噴射後、即座に画像層のインクを部分的に硬化させることが望ましい。図５に、複数の紫外線照射源５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，および５０Ｄがプリントヘッド１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび１０Ｄの間にはさんで設置されている実施形態を示す。この実施形態により、各プリントヘッド１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，および１０Ｄから噴射されたインクに対して、画像層の初期の段階で比較的即座に照射することが可能である。

放射線硬化性物質は、紫外線により硬化されると、少なくとも部分的に固まる。紫外線重合により、放射線硬化性物質は凝固し、記録媒体３０に付着する。好適な実施形態においては、放射線硬化性物質を紙の繊維に浸透させるのに追加の熱エネルギを必要としないが、所望であれば、このような熱エネルギを使用することもできる。また、この物質は、記録媒体３０の繊維（繊維を含む記録媒体が使われた場合）に流れ込み、湿らせるために追加の高圧力を必要としないことが好ましい。画像層を１つの工程段階において転写および定着する場合もあるので、ここで開示する印刷方法では、転写工程段階において追加の熱や圧力を必要とせず、また、印刷装置１では、必要なエネルギが低く、かつ、機械的圧力または熱応力が低減されている。

紫外線のレベル、周波数、ビーム形の条件は、画像化処理速度に影響を与え、また、光開始剤の濃度やタイプに依存する。

さらに、第３の変形例（図３）では、複数の紫外線照射源５０が使用され、経路の複数の地点で、画像層に照射する。図示されているとおり、第１紫外線照射源５０は、受像体２０上の画像層が記録媒体３０に接触する前に、画像層に照射するように配置されている。第２紫外線照射源５０は、記録媒体上の画像層がニップを出る時点で照射するように配置されている。第２紫外線照射源５０は、ニップ内で記録媒体３０に照射するように配置しても効果的であるし、または、第３紫外線照射源５０を設け、そのように記録媒体３０を照射させてもよい。

ストリッピングローラ６０および／またはストリッパ６２を設けて、残存画像層を受像体２０から除去することもできる。ストリッピングローラ６０は、通常、径の小さなローラであり、ベルト型の受像体２０に急なカーブを生じさせるように設計する。受像体２０ベルトの屈曲により、画像層の物質が受像体へ付着した状態からゆるみ、そこから除去されやすくなる。

ストリッパ６２も同様に、削り落としたり、研磨したり、または他の方法でこのような残存物を取り払うことにより、受像体２０から画像層の残存物を除去する機能を果たす。

インク組成物に適した放射線硬化性物質は、米国特許第４，０５６，４５３号、第４，０２６，９４９号、第３，８０４，７３６号、および第３，８０３，１０９号に開示されている。これらの各開示は、参照によって本願に全体を引用したものとする。放射線硬化性物質としては、アクリル酸、メタクリル酸、多価アルコールなどのエチレン性不飽和酸のポリエステルを含む多官能末端不飽和有機化合物を使用できる。これらの多官能化合物のいくつかの例としては、トリメチロールプロパンのポリアクリレート類およびポリメタクリル酸類、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、エチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ソルビトール、ネオペンチルグリコール、１，６―ヘキサンジオール、およびヒドロキシ基を末端にもつポリエステル類、ヒドロキシ基を末端にもつエポキシ樹脂類、およびヒドロキシ基を末端にもつポリウレタン類が挙げられる。さらにこの末端不飽和有機化合物群には、フタル酸ジアリル、テトラアリロキシエタン、アジピン酸ジビニル、ブタンジビニルエーテル、およびジビニルベンゼンなどの、ポリアリルおよびポリビニル化合物が含まれる。

別の放射線硬化性化合物群としては、末端が不飽和ではない多官能エチレン性不飽和化合物があるが、これらの物質は末端不飽和化合物と比べて、反応性が低い。

多官能エチレン性不飽和物質に加えて、単官能のものも放射線硬化性物質として使用することができる。例えば、単官能エチレン性不飽和物質を、０〜９０重量％加え、粘性の調整、硬化フィルムの可撓性向上、および結合の強化に利用できる。このような放射線硬化性化合物としては、各分子に１つの末端エチレン基を含む末端不飽和有機化合物群が好ましい。このような単官能化合物の例としては、アクリル酸およびメタクリル酸のＣ₂〜Ｃ₁₆アルコールエステル類、スチレン、置換スチレン類、ビニルアセテートなどのビニルエステル類、ビニルエーテル類、およびＮ―ビニル２―ピロリドンなどが挙げられる。一般的には、これらの化合物は液体であり、多官能化合物に比べて粘性が低いので、被覆組成物の粘性を下げることができる。

形成された画像層の受像体２０から記録媒体３０への転写を向上させるために、受像体２０に剥離剤を塗布してもよい。使用する特定の剥離剤は、受像体２０の構造、画像層を形成するインクの組成物、画像生成部において使用可能なインクの組成物（このインクが画像生成に使用されるかどうかにかかわらない）、または他の条件に基づいて選択できる。

剥離剤をインク組成物または受像体に加え、部分的に硬化した物質に適切な表面エネルギ特性を与えることができる。剥離剤は、現像工程で使用され、受像体から記録媒体へのインク画像の転写および定着を保証する剥離剤から選ぶことができる。剥離剤としては、これらに限定されるものではないが、例えば、水、フッ素オイル、グリコール、界面活性剤、鉱油、シリコーンオイル、機能性油、またはこれらの混合物が挙げられる。

インク組成物は、一般的に、１つまたは複数の着色剤を含む。着色は、色素粒子により行われる。または、樹脂と色素、樹脂と染料、もしくは樹脂と色素と染料を含むことも可能である。樹脂としては、ポリ（エチレンアクリレート―ｃｏ―ビニルピロリドン）、ポリ（Ｎ―ビニル―２―ピロリドン）などが適している。染料としては、オラソル（Ｏｒａｓｏｌ）ブルー２ＧＬＮ、レッドＧ、イエロ２ＧＬＮ、ブルーＧＮ、ブルーＢＬＮ、ブラックＣＮ、ブラウンＣＲなどが適しており、すべてＣｉｂａ―Ｇｅｉｇｙ社（オンタリオ州ミシサウガ）から入手可能である。モファスト（Ｍｏｒｆａｓｔ）ブルー１００、レッド１０１、レッド１０４、イエロ１０２、ブラック１０１、ブラック１０３は、すべてＭｏｒｔｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（オンタリオ州アジャックス）から入手可能である。ビスマルク（Ｂｉｓｍａｒｋ）ブラウンＲ（Ａｌｄｒｉｃｈ社）、ネオラン（Ｎｅｏｌａｎ）ブルー（Ｃｉｂａ―Ｇｅｉｇｙ社）、サビニル（Ｓａｖｉｎｙｌ）イエロＲＬＳ、ブラックＲＬＳ、レッド３ＧＬＳ、ピンクＧＢＬＳは、すべてＳａｎｄｏｚ社（オンタリオ州ミシサウガ）などから入手可能である。

インク組成物に、溶剤、安定剤、光開始剤などの組成物を追加することができる。

第１実施形態の印刷装置１は、白黒、単色、または複色の画像をつくるのに使用できる。複色の画像では、画像層が受像体から記録媒体に転写される前に、受像体上に全体を形成してから、生成することができる。または、複色画像において、各色を別々に受像体から記録媒体に転写することも可能である。どちらの工程においても、これらの画像層または色層を、工程におけるさまざまな段階において、少なくとも部分的に硬化させることが可能である。

簡素化された工程では、トナーを使用しない画像層を低粘性の１つまたは複数のインク組成物を使用して受像体ベルトに噴射する。次に、そのトナーを使用しない画像に、紫外線を照射し、少なくとも部分的に画像層内のインクを硬化させる。

少なくとも部分的に硬化した画像層は、次に、記録媒体に転写されるが、ここでは紙として示してある。ここに示すように、転写は、受像体上の画像層を記録媒体に接触させることで行われる。記録媒体に圧力がかけられ、記録媒体は画像層に押圧され、画像層のインクの記録媒体への転写を向上するが、このような圧力は必須ではない。別の方法では、画像層を熱エネルギにさらすこともできる（受像体または記録媒体を介して、もしくは周辺から）。熱エネルギは、画像層の記録媒体への効果的な転写および定着には必要としない方が好ましい。

トナーを使用しない画像層を記録媒体に転写および定着した後で、記録媒体に紫外線を照射して、その上の画像層を実質的に完全に硬化することもできる。実質的に完全に硬化させると、インク画像は記録媒体に定着し、固定する。

転写および定着する時点で、図１における受像体は、照射源と記録媒体との間に位置する。このため受像体は、紫外線を画像層まで通し、紫外線が画像層内の放射線硬化性物質を硬化させられるようなものである必要がある。

次に、移動中の受像体と記録媒体の経路は、テンションローラの間で分かれ、記録媒体は、印刷装置から排出される。受像体ベルトは、通常、次の画像化処理の準備として、テンションローラおよび／またはストリッパの間で清掃される。

転写定着した画像は、記録媒体の表面における仕上げを行うのが好ましい。記録媒体の表面は、さらに、例えば粗面処理により、再生、処理、または変更することが可能である。

本方法の一実施形態では、実質的に完全に硬化したインクを、より容易に受像体から除去し、次の画像層がそこに噴射されるのに備える。異なるインク組成物を使用する別の方法の実施形態では、実質的に完全に硬化していない場合は、受像体上の残存インクをより簡単に除去することが可能である。このような実施形態では、記録媒体に転写した画像層のインクを実質的に完全に硬化させ、受像体上に残存した画像層のインクは、未硬化状態で保つことが望ましい。

上記開示の変更形態、他の特性および機能、またはこの代替案は、他の多くの異なる装置やアプリケーションに所望に応じて組み込むことができることは、明白であろう。また、現時点では予想外または想定外の代替案、変更、応用、または改良は、後で当業者により行われる可能性があり、それらも本請求項により網羅されるものとする。

本願に記載の印刷装置に係る、第１実施形態を示す図である。 印刷装置に係る、第２実施形態を示す図である。 印刷装置に係る、第３実施形態を示す図である。 本願に記載の受像体に係る、別の形態を示す図である。 紫外線照射源が画像生成部の間に設置されている、別の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ インクジェット印刷装置、１０ 画像生成部、２０ 受像体、３０ 記録媒体、４２ バッキングローラ。

Claims (3)

1. インクジェット印刷装置であって、
   受像体と、
   インクを噴射することで、トナーを使用しない画像層を前記受像体の画像層領域に形成するように構成されている画像生成部であり、前記インクが少なくとも第一波長の紫外線にさらされると硬化する物質を含む画像生成部と、
   前記トナーを使用しない画像層領域に少なくとも前記第一波長の紫外線を照射し、ここに噴射された紫外線硬化性物質を少なくとも部分的に硬化する紫外線供給装置と、
   記録媒体と前記受像体上に形成された前記トナーを使用しない画像層とのニップを、前記トナーを使用しない画像層を前記記録媒体に転写するのに十分な圧力を用いて形成する接触部位を提供するように構成された記録媒体取扱装置と、
   を含むインクジェット印刷装置であって、
   前記紫外線供給装置と前記画像層の間に、前記受像体が設けられ、
   前記受像体には、前記画像層領域を囲む周辺領域が設けられており、前記画像層領域は紫外線透過性であって、前記周辺領域は紫外線不透過性であるインクジェット印刷装置。
2. 前記受像体が、前記紫外線供給装置と前記画像層との間に配置され、前記受像体の画像層領域が紫外線に対して透過性である、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
3. 前記紫外線供給装置はさらに、前記トナーを使用しない画像層が前記受像体から前記記録媒体に転写された後で、紫外線を前記記録媒体に照射するように構成された、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
   

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